Jet-Engine-Hüften Metallimplantate Erzeugen Schmiermittel Im Körper

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Metall-auf-metall-hüftimplantate nutzen sich langsam ab, da sich eine schicht aus graphitkohle schmiert. Die ausrichtung auf diese ebene kann zu einem verbesserten hüftersatz führen.

Metall-auf-Metall-Hüftimplantate sind für Menschen mit Hüftarthrose im Endstadium zunehmend attraktiv, insbesondere weil die Implantate sich langsam abnutzen. Nun zeigt eine neue Studie, dass die Schmierschicht, die sich zwischen den Metallkomponenten der Implantate bildet, mit der Schmierung eines Verbrennungsmotors mehr gemein hat als die eines natürlichen Gelenks.

In der Studie testeten die Forscher die Gleitschicht an sieben Hüftimplantaten, die den Patienten aus verschiedenen Gründen entfernt wurden. Sie stellten fest, dass die Schicht hauptsächlich aus graphitischem Kohlenstoff, einem in Motoren verwendeten Festschmierstoff, bestand.

Die überraschende Entdeckung hat wichtige Implikationen für das Design zukünftiger Metall-Metall-Hüftimplantate, sagten die Forscher. Bisher hatten die Wissenschaftler davon ausgegangen, dass die Schicht aus abgebautem Protein besteht, ähnlich der Schmierung in menschlichen Gelenken.

"Wir verstehen jetzt, wie die Ersetzungen funktionieren, was bedeutet, dass wir sie verbessern können", sagte der leitende Forscher Laurence Marks, Materialwissenschaftler an der Northwestern University in Illinois.

Hüftimplantate aus Metall auf Metall

Metall-auf-Metall-Hüftimplantate, die sowohl einen Ball als auch eine Pfanne aus Metall aufweisen, werden in etwa 35 Prozent der Hüftersatzverfahren in den Vereinigten Staaten verwendet. Obgleich nicht für jedermann geeignet, haben die Implantate mehrere offensichtliche Vorteile gegenüber Implantaten, die Kunststoff oder Keramik umfassen.

Metallimplantate haben dünnere Wände und größere Femurköpfe als solche aus Kunststoff-Polyethylen, wodurch das Risiko einer Hüftluxation reduziert wird, erklärte Studienforscher Markus Wimmer, Professor für orthopädische Chirurgie am Rush University Medical Center in Illinois. Metal-on-Metal ist auch die einzige Option für die Hüftbehandlung, bei der Knochen erhalten bleibt, anstatt die Hüfte vollständig zu ersetzen. [Wie man anmutig alt wird]

Darüber hinaus können andere Arten von Hüftimplantaten schnell abgenutzt werden, was eine Gefahr für die Patienten darstellt. Wenn sich beispielsweise Polyethylen abnutzt, werden kleine Partikel in den Körper freigesetzt. "Die Partikel sind nicht gut für den Knochen, der das Polyethylen umgibt", sagte Wimmer. "Der Knochen verschwindet um das Implantat und die Prothese löst sich."

Die Metallimplantate verschleißen vor allem langsam, weil sich auf ihren Oberflächen eine Gleitschicht bildet. Wimmer half 2001 dabei, diese Schicht zu entdecken. "Wir hatten das Gefühl, dass es wirklich wichtig ist, aber wir wussten nie, was es war", sagte Wimmer. Die meisten Experten auf dem Gebiet der Medizin gingen davon aus, dass die Schicht auf Proteinen basiert, da Proteine ​​in Gelenkflüssigkeiten häufig vorkommen.

Graphitische Schmierung

Um dem Rätsel auf den Grund zu gehen, arbeitete Wimmer mit Marks zusammen. Das Duo und seine Kollegen untersuchten unter einem Elektronenmikroskop die von Metallimplantaten gesammelte Schmierschicht. "Wir haben Anzeichen bemerkt, dass sich in der Schicht Graphitkohlenstoff befand, was unerwartet war", sagte Marks. "Wir sind dann auf die Jagd gegangen, um herauszufinden, was genau es war."

Tests mit anderen Elektronenmikroskopen und optischen Mikroskopen bestätigten, dass die Gleitschicht hauptsächlich aus graphitischem Kohlenstoff besteht und weniger als 5 Prozent davon aus Protein besteht. Es ist immer noch unklar, woher der Graphit kommt, und diese Frage ist ein Ziel für zukünftige Studien.

Als nächstes wollen die Forscher herausfinden, ob ein Mangel dieser Graphitschicht das Versagen einiger Metall-auf-Metall-Implantate erklären kann. Sie möchten auch sicherstellen, dass der Graphit im Körper keinen größeren Schaden anrichtet.

Marks ist daran interessiert, Wege zur Verbesserung der Implantate zu finden, z. B. so zu gestalten, dass der Graphit besser am Metall haftet oder die Graphitbildung im Körper irgendwie fördert.

"Was die Leute mit Motoren von Rennwagen und Flugzeugen gemacht haben, ist erstaunlich", sagte Marks. "Wir können damit anfangen, Hüften, Knie und andere Arten von Ersatz zu ersetzen."

Die Studie wurde in der Ausgabe vom 23. Dezember der Zeitschrift Science veröffentlicht.

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